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硕士毕业论文u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 y6 2 如6 摘要 汽车行驶记录仪主要用于对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其它 状态信息进行记录、存储，并可通过通信接口实现数据的上载和下传。在该记录仪的 开发过程中，本人的主要工作是设计和实现记录仪的通信接口部分，重点是u s b 接口 通信技术，我们采用了u 盘转移数据的方案。本文主要内容： 首先对汽车行驶记录仪的整体方案进行简介，然后对通信接口部分进行了详细介 绍。 汽车行驶记录仪的通信接口包括：u s b 接口和r s 2 3 2 接口。本文将分别从两个部 分进行介绍：硬件部分，先简介u s b 总线和r s 2 3 2 总线，然后描述其实现的电路原理 图，并对涉及到的主要芯片( 串口芯片凇x 2 3 2 、微控制器w 7 8 e 5 4 、u s b 接口芯片$ l 8 1 1 h s ) 的功能、性能和使用，进行了详尽的描述：软件部分，先介绍了软件调试工具。然后 分析了r s 2 3 2 数据通信协议和u s b l 1 协议，在此基础上，对其固件程序模块的功能 及实现进行了详细的描述，并给出了相应的程序流程图，并且还对其间涉及到的海量 存储协议、f a t l 6 文件系统进行介绍。综合本文中的硬件和软件设计，实现了记录仪 的r s 2 3 2 串口通信功能，和记录仪对u 盘的读写功能。 最后给出了一个应用实例，并对该项目进行了总结。 关键词：汽车行驶记录仪，u s b 接口，s l 8 1 1 h $ ，固件程序，c 5 1 硕士毕业论文u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 a b s t r a c t v e h i c l et r a v e l i n gd a t ar e c o r d e ri su s e dt or e c o r dt h es t a t u s ，s u c ha sv e l o c i t y ，t i m ea n d m i l e a g e ，o f t h ev e h i c l ea n d s t o r et h ei n f o r m a t i o nt h a ts h o u l db ee x p o r t e dt ot h ec o m p u t e r o ro t h e rd e v i c e st h r o u g ht h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e i nt h es t u d y ，t h em a i nw o r ko f m i n e i st od e s i g na n dr e a l i z et h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c eo f t h er e c o d e r ，a n dm y e m p h a s e i s h o wt od e s i g nt h eu s b i n t e r f a c e ，w ei n t r o d u c et h es c h e m eo f t r a n f e r i n gd a t a t h em a i n c o n t e n to f t h i sp a p e ri n c l u d e s ： f i r s t ，ii n t r o d u c et h ew h o l eo f t h ev e h i c l et r a v e l i n gd a t ar e c o r d e r , a n dt h e nd i s c u s st h e c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c eo f t h er e c o d e ri nd e t a i l t h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c eo ft h er e c o d e ri n c l u d e ：u s bi n t e r f a c ea n dr $ 2 3 2 i n t e r f a c e t h i sp a p e rw i l li n t r o d u c et h e mf r o mt w o p a r t ：i nt h ep a r to f t h eh a r d w a r e f i r s t l y b r i e fi n t r o d u c eu s bb u sa n dr s 2 3 2 b u s ，t h e nd e s c r i b et h ec i r c u i td i a g r a mo f t h er e c o r d e r ， a n dw r i t eu pt h ei n f o r m a t i o no ft h em a i n c h i p s ( s e r i a li n t e r f a c ec h i pm a x 2 3 2 、s i n g l e c h i p w 7 8 e 5 4 、u s bi n t e r f a c ec h i ps l 8 1 1 h s ) a n d w r i t eu ps o m ei n f o r m a t i o na b o u th o wt ou s e t h e m i nt h ep a r to f t h e s o f t w a r e ，f i r s t l yi n t r o d u c ed e b u g g i n gt o o l s ，t h e na n a l y z et h er s 2 3 2 d a t ac o m m u n i c a t i o n p r o t o c o la n d t h eu s b1 1 p r o t o c o l ；o n t h e s ee l e m e n t s ，w r i t eu pt h e f u n c t i o no f e v e r ys o f t w a r em o d u l e ，a n dd r a wt h ef l o wc h a r to f t h e p r o g r a m ；i na d d i t i o n ， i n t r o d u c em a s s s t o r a g ep r o t o c o l 、f a t f i l es y s t e m b e c a u s ei nt h ep r o g r a mi tn e e d ss o m e k n o w a d g e a b o u tt h e m w es y n t h e t i z et h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，a n dr e a l i z et h ef u n c t i o n o f t h ec o m m u n i c a t i o no f r s 2 3 2s e r i a li n t e r f a c e 、t h ef u n c t i o no f t h er e c o r d e rr e a d i n ga n d w r i t i n gu s b d i s k a tl a s t ，ib r i n gf o r w a r do n ee x a m p l eo f t h ea p p l i c a t i o n s a n ds n l nu pt h e p r o j e c t c 5 1 k e y w o r d s ：v e h i c l et r a v e l i n gd a t ar e c o r d e r ，u s bi n t e r f a c e ，s l 8 11 h s ，f i r m w a r e i i 坝= l 毕业论文 u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 1 引言 近年来随着我国国民经济的快速发展，道路交通事故呈上升趋势，尤其是长途客 运车辆的重、特大道路交通事故频发，给国家和人民生命财产带来了巨大损失。为此， 公安部、交通部、国家安全生产监督管理局于2 0 0 1 年底联合下发了关于加强公路 客运交通安全管理的通告，通告要求：长途客运车辆应当逐步安装、使用符合国家 有关标准的行车记录仪。同时，为了在全国范围内继续深入开展预防和减少道路交通 事故工作，公安部，国家安全生产监督管理局制定了2 0 0 2 年预防道路交通事故工 作方案，该方案中明确规定对疲劳驾驶、车辆超速等8 项违章行为进行集中整治。 在这种情况下，尽快设计并生产出符合国家标准的汽车行驶记录仪成为必要。 美国、欧洲等国家早在2 0 世纪7 0 年代就开始以立法的形式在部分客运车辆及货 车上强制安装使用记录仪，我国从2 0 世纪8 0 年代后期开始，在少数地区也曾试用过 由国内一些科研机构及企业自主研制的数字式记录仪。国内外的使用情况表明，记录 仪为国家行政管理部门提供了有效的执法工具、为道路运输企业提供了管理工具、为 驾驶员提供了其驾驶活动的反馈信息，其使用对保障道路交通安全起到了直接的作 用。 使用汽车行驶记录仪能带来显著的经济效益： 可以高效地对车辆进行合理调度，从而降低其运营成本。 通过各项管理报表，实现对公司员工的绩效考核，建立高效的竞争机制，提 高公司的经济效益。 通过改变内部员工驾驶的不良习惯，减少轮胎、刹车片等耗件的损耗，降低 车辆运行、维修成本。 通过防止公车私用等现象，杜绝因此而造成的公司资本流失。 使用汽车行驶记录仪同时也提供显著的社会效益： 提高行车安全，更好的保障社会群众及乘客的生命安全。 将可大幅减少车辆违规肇事、废弃物倾倒或司机监守自盗等社会案件。 遇到交通事故，记录仪上留下的数据为公安交警部门的事故处理、协助破案 提供了有效的手段和依据。 为交通管理部门的车辆检验( 如年检) 提供了更全面的参考数据，使交管部 门的车辆检验工作更加客观、科学。 遇到事故意外，有充足的证据来分清肇事责任归属，可作为保险部门进行理 赔的辅助工具。 坝十毕业论文 u s b 通信接v i 在汽车行驶记录仪中的应用 2 系统整体方案设计 汽车行驶记录仪( 以下简称记录仪) 是对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车 辆行驶的其它状态信息进行记录、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录 装置。根据g b t 1 9 0 5 6 2 0 0 3 汽车行驶记录仪国家标准，记录仪应具备如下功能： 自检功能： 实时时间、日期及驾驶时间的采集、记录、存储功能； 车辆行驶速度和里程的测量、记录、存储功能； 驾驶员身份记录功能； 操作及数据显示功能： 数据打印输出功能； 数据通信功能。 2 1 汽车行驶记录仪系统整体框图 汽车行驶记录仪主要组成部分有：数据采集系统、主机、数据分析软件，各个部 分之间的结构如图2 1 1 。 图2 1 1 汽车行驶记录仪系统整体框图 该记录仪的数据采集系统由八路数字开关量和一路车速信号组成。数字开关量是 车辆制动状态信号，经过光耦t l p 5 2 1 隔离和7 4 a l s 5 7 3 锁存后送入单片机的p o 口。 车速信号是由车速传感器产生，其变化范围是：0 - - 1 2 v ，经过比较器l m 3 9 3 、光隔 t l p 5 2 l 、和缓冲器7 4 l s 0 4 ，最后送到t 0 口。 数据采集系统要求每0 2 秒对上述每个参量采样一次，并存储停车前2 0 秒实时 时间对应的车辆行驶速度值及车辆制动状态信息，记录次数为1 0 次。 烦士毕业论文u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 主机部分( 附录a ) 包括微处理器、数据存储器、实时时钟、显示器、操作键、数 据通信接口等。微处理器选用p h i t i p s 公司的p 8 9 c 5 1 r d 2 ，数据存储器选用a t m e l 公 司的a t 2 9 c 0 4 0 a ，实时时钟选用的是m a x i m 公司的d s l 7 4 8 7 。 微处理器p 8 9 c 5 1 r d 2 是采用先进c m o s 工艺制造的单片8 位微控制器，和 8 0 c 5 1 指令相同。片内有4 k 字节的f l a s h 程序存储器，速度可达3 3 m h z ，全静态操 作，r a m 可扩展到6 4 k 字节，有4 级中断、6 个中断源、4 个8 位i o 口、3 个1 6 位定时器，1 个全双工增强型u a r t 可以进行帧数据错误检测和自动地址识别，电 源控制模式有空闲模式和掉电模式，可编程时钟输出，双d p t r 寄存器，外部中断可 以从掉电模式中唤醒。 闪速存储器a t 2 9 c 0 4 0 a 的存储容量为4 m b i t ，可以存储一年的测量数据。该芯 片使用5 v 单一电源供电，读写操作使用同一电源，省去了1 2 v 的编程电源v p p ，它 共有2 0 4 8 个扇区，每个扇区包含2 5 6 个字节，存储容量为4 m b i t ，扇区容量小，减 少了写数据时对系统内存资源的要求。p 8 9 c 5 1 r d 2 有1 0 2 4 字节内部r a m ，可利用其中 2 5 6 字节作为数据缓冲区存放要写入的数据。为了避免因人的疏忽或者系统上电、掉 电等因素引起对闪速存储器的误写操作，a t 2 9 c 0 4 0 a 闪速存储器设置了软件数据保 护s d p ( s o f t w a r ed a t ap r o t e c t i o n ) 功能。 该数据存储器的f l a s h 可擦写的次数为1 0 0 0 0 次，如果将0 2 秒采集数据也存储 在其中( 数据每分钟更新一次的话) ，那么f l a s h 的寿命不到7 天。所以需要考虑使 用另外的存储器。由于记录仪需要定时采集数据，并保持一定的测量数据，因此全局 的时钟信号是必须的。实时时钟芯片d s l 7 4 8 7 是一款带有1 2 8 字节n vr a m 和附加4 k 用户自定义n vr a m 的实时时钟芯片，可以自动更新年、月、日、时、分、秒，即使 在没有电源的情况下，它内置的电池也可以保证它正常工作1 0 年。其中4 k 用户自定 义r a m 可以用于0 2 秒采集数据的存储。 按键显示部分选用z l g 7 2 8 9 a ，该芯片具有s p i 串行接口功能，可同时驱动8 位 共阴极数码管( 或6 4 只独立l e d ) 的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达 6 4 键的键盘矩阵，单片即可完成l e d 显示、键盘接口的全部功能。 数据通信接口包括两种标准接口：u s b 接口和r s 2 3 2 接口，其控制器芯片分别选 用c y p r e s s 公司的s l 8 11 h s 和m a x i m 公司m a x 2 3 2 。 在该项目中，本人主要任务是完成该记录仪的数据通信接口的软硬件设计。为了 达到相关技术要求，和使用的方便，r s 2 3 2 接口采用标准串口通信方式，u s b 接口的 通信采用u 盘转移数据的方式，即记录仪的u s b 接口设计为主结构，这样就可以直接 对u 盘进行读写，每次上载和下传数据时，只需将u 盘插入记录仪的u s b 接口，利用 键盘发出上载或下传的命令，就可以完成数据的传输。 碳士毕业论立 u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 2 2 数据传输格式 记录仪把特定数据信息按约定格式发送给外部设备为上载，主要传输数据格式： 记录仪上一次上载日期：6 个字节； 记录仪的实时时钟：6 个字节； 车辆特征系数：3 个字节： 车辆v i n 号：1 7 个字节； 车牌号码：1 2 个字节； 车牌分类：1 2 个字节； 记录仪编号：3 个字节； 最高行驶速度：1 个字节： 驾驶员代码：3 个字节； 机动车驾驶证号：1 8 个字节： 最近2 天同驾驶员疲劳驾驶时间( 连续驾驶时间超过3 小时) 。包括： 机动车驾驶证号( 1 8 个字节) ，疲劳驾驶开始时间年月同时分( 5 个字 节) ，疲劳驾驶结束时间年月日时分( 5 个字节) ： 事故疑点数据( 停车前2 0 秒的采集数据，共记录l o 次) ，每次记录包 括：年月曰时分秒( 6 个字节) ，驾驶员证号( 1 8 个字节) ，速度和开 关量( 2 0 0 个字节) ； 最近3 6 0 小时内车辆行驶的平均速度( 记录间隔为i m i n ，数据为每分钟 内的平均速度) ； 最近3 8 0 小时内车辆累计行驶里程。 外部设备把特定数据信息按约定格式发送给记录仪为下传，主要传输数据格式： 驾驶员代码：3 个字节； 记录仪的实时时钟：6 个字节； 记录仪中的车辆特征系数：3 个字节； 车辆v i n 号：1 7 个字节： 车牌号码：1 2 个字节： 车牌分类：1 2 个字节： 记录仪编号：3 个字节； 记录仪下载日期：6 个字节； 最高行驶速度：1 个字节。 硕士毕业论文u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 3 数据通信接口的硬件设计与实现 3 1r s 2 3 2 通信接口 r s 一2 3 2 c 接口标准简述：r s 一2 3 2 c 标准是美国电子工业协会( e i a ) 与b e i ，l 等公 司一起开发，于1 9 6 9 年公布的通信协议。它具有以下特性： 机械特性：r s 一2 3 2 c 接口是单端发送，单端接收，传输线上允许一个驱动器和一 个发送器。r s 一2 3 2 c 标准接口使用d b 一9 连接器有9 条线。它所采用的电缆传输长度 与传输的电容有关。它的最大传输距离可达1 5 m ，适于相距较近设备的通信。 电气特性：r s 一2 3 2 c 标准定义一1 5 v 一3 v 表示逻辑“1 ”，+ 3 v + 1 5 v 表示逻辑 “0 ”。它选择一1 5 v 一3 v 和+ 3 v + 1 5 v 这个范围两不采用t t l 逻辑( o v 5 v ) 的原因 是为了提高抗干扰能力和增加传输距离，因此与t t l 设备连接时需加电平转换接口。 m a x 2 3 2 芯片是常用的r s 一2 3 2 c 与t t l 电平转换芯片，它的内部有电压倍增电路 和转换电路，只需+ 5 v 电源便可实现r s 一2 3 2 c 与t t l 电平转换，使用起来十分方便， 一个芯片可连接两对收发信号线，其连接电路如图3 1 1 。 u 4 i i x 沣 r l i nr l o u t ! ! 墼! 1一 r 2 i nr 2 0 u t 普满未6 曲 e、；， 尚孽 t i i nt i o u t t 2 i nt 2 0 u t 三营哟。誊ij “i 蘸 ： ： m a x 2 3 2 ：；： 干广c 1 8 r0 1 u 图3 1 1r s 2 3 2 接口的原理图 p 8 9 c 5 1 r d 2 的t x d ，r x d 与m a x 2 3 2 的t li n ，r i o u t 管脚相连，m a x 2 3 2 将发送的串行 数据转换为r s 一2 3 2 c 标准的电平信号发送到发送端；反之m a x 2 3 2 将接收的r s 一2 3 2 c 标准的电平信号转换为串行的数据传给p 8 9 c 5 1 r d 2 ，这样就完成了r s 一2 3 2 接口通信 功能。该记录仪中串行口的通信方式采用8 位异步通讯方式，波特率选用9 6 0 0 。 该r s 2 3 2 通信接口实现两种功能。一种是实现汽车行驶记录仪与p c 机的r s 2 3 2 串口通信功能：另种功能是为实现u s b 接口通信功能，作为记录仪读写u 盘的命令 通道和数据通道。 硕士毕业论文 u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 3 2 u s b 通信接口 3 2 1u s b 总线简介 u s b ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ) 是一种通用的串行总线。随着技术水平的提高和 计算机的广泛应用，人们对串行通信提出了更高的要求。开发一种兼容低速和高速的 技术，从而为广大用户提供一种可共享的、可扩充的、使用方便的串行总线成为众多 厂商的共同目标。为了实现整个计算机系统中总线的一致性，由c o m p a q 、i n t e l 、 m i c r o s o f t 和n e c 等公司共同开发的一种新的、快速的、双向的、同步传输的并可以 热插拔的数据传输总线，简称u s b 总线。 目前普遍采用的u s b l 1 主要应用在中低速外部设备上，它提供的传输速度有低 速1 5 m b p s 和全速1 2 m b p s 两种，低速的u s b 带宽( 1 5 m b p s ) 支持低速设备，例如 显示器、调制解调器、键盘、鼠标、扫描仪、打印机、光驱、磁带机、软驱等。全速 的u s b 带宽( 1 2 m b p s ) 将支持大范围的多媒体设备。 3 2 2u s b 总线的特点及应用 u s b 之所以能得到广泛支持和快速普及，是因为它具备下列的很多特点： 使用方便： 使用u s b 接口可以连接多个不同的设备，支持热插拔，在软件方面，为u s b 设 计的驱动程序和应用软件可以自动启动，无需用户干预。u s b 设备也不涉及m q 冲 突等问题，它单独使用自己的保留中断，不会同其它设各争用p c 机有限的资源，为 用户省去了硬件配置的烦恼。u s b 设备能真正做到“即插即用”。 速度加快： 快速性能是u s b 技术的突出特点之一。u s b 接口的最高传输率目前可达1 2 m b s ，比串口快了整整1 0 0 倍，比并口也快了十多倍。u s b 2 0 的速度则提高到4 8 0 m b s ， 连接灵活： u s b 接口支持多个不同设备的串行连接，一个u s b 口理论上可以连接1 2 7 个u s b 设备。连接的方式也十分灵活，既可以使用串行连接，也可以使用中枢转接头f h u b ) ， 把多个设备连接在一起，再同p c 机的u s b 口相接。在u s b 方式下，所有的外设都 在机箱外连接，不必打开机箱；允许外设热插拔，而不必关闭主机电源。u s b 采用“级 联”方式，即每个u s b 设备用一个u s b 插头连接到一个外设的u s b 插座上，而其本 6 坝士毕业论文u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 身又提供一个u s b 插座供下一个u s b 外设连接用。通过这种类似菊花链式的连接， 一个u s b 控制器可以连接多达1 2 7 个外设，而每个外设间距离( 线缆长度) 可达5 米。 u s b 还能智能识别u s b 链上外围设备的接入或拆卸。 独立供电： 普通使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而u s b 设备则不需要，因 为u s b 接口提供了内置电源。u s b 电源能向低压设备提供5 v 的电源，因此新的设 备就不需要专门的交流电源了，从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。 支持多媒体： u s b 提供了对电话的两路数据支持u s b 可支持异步以及等时数据传输，使电话 可与p c 集成，共享语音邮件及其它特性。u s b 还具有高保真音频。由于u s b 音频信 息生成于计算机外，因而减少了电子噪音干扰声音质量的机会，从而使音频系统具有 更高的保真度。 u s b 存在的问题： 尽管在理论上，u s b 可以实现高达1 2 7 个设备的串行连接，但是在实际应用中， 也许串联3 到4 个设备就可能导致一些设备失效。而且大多数u s b 产品，只有一个 输入口，根本无法再连接下一个u s b 设备。另外，尽管u s b 本身可以提供5 0 0 m a 的电流，但一旦碰到高电耗的设备，就会导致供电不足。解决这些问题的办法是使用 u s b h u b ，但h u b 的价格目前还太贵了点。 3 2 3 u s b 接口硬件电路 在介绍u s b 硬件电路之前，首先来解释一下什么是u s b 主机。 u s b 主机就是用来控制总线上所有u s b 设备和所有集线器的数据通信过程， u s b 设备通过u s b 总线与u s b 主机相连，它们以从属的方式与u s b 主机进行通信。 一般u s b 主机( h o s t ) 具有以下功能： 检测u s b 设备的插拔动作； 管理u s b 主机与u s b 设备之间的控制流： 管理u s b 主机与u s b 设备之间的数据流； 收集u s b 主机的状态和u s b 设备的动作信息。 本设计中u s b 接口的硬件电路原理图见附录a 的图a 2 。u s b 主机控制器选用 的是c y p r e s s 公司的s l 8 1i h s ，该控制器只处理u s b 总线通信，必须由外部的微处 理器来进行控制，我们选用的是w i n b o n d 公司的w 7 8 e 5 4 b 微控制器。另外在此接口 电路中还有扩展的外部r a mc y 6 2 2 5 6 、串口m a x 2 3 2 、锁存器7 4 h c 5 7 3 、与非门 7 4 h c 0 0 及一些指示灯。 硕士毕业论文u s 3 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 3 2 3 1 微控制器w 7 8 e 5 4 b w 7 8 e 5 4 b 微控制器采用先进的c m o s 工艺制造的8 位微控制器，指令系统与 8 0 5 1 完全相同，是一款功能强大，经济有效的微控制器。w 7 8 e 5 4 b 所具有的特性 夺全静态8 位c m o s 微控制器； 夺供应电压范围：4 5 v 55 v ； 令2 5 6 字节的片内r a m ； 夺1 6 k 字节的f l a s he p r o m ； 夺6 4 k b 程序存储地址空间： 夺6 4 k b 数据存储地址空间； 夺四个8 位的双向端口； 夺三个1 6 位的定时计数器； 夺可编程的串口； 夺看门狗时钟； 夺8 个中断源，2 级中断： 夺低e m i 模式； 夺内置式电源管理； 夺代码保护机制； 表3 2 3 1 1 是w 7 8 e 5 4 b 微控制器的管脚描述。 表3 2 3 1 1w 7 8 e 5 4 b 微控制器的管脚描述 管脚名称管脚描述 访问内部或外部程序存储器选择信号。当e a 保持高电平时访问内部存储器： e a 当程序指针：当程序指针p c 值超过片外程序存储器地址时，将自动转向外部 程序存储器继续运行；当e a 保持低电平时，则只能访问外部程序存储器 外部程序存储器选通信号，低电平有效。在访问外部程序存储器读取指令码时， p s e n 每个机器周期产生二次p s e n 信号。在执行片内程序存储器取指令时，不产生 p s e n 信号 允许地址锁存信号。当访问外部存储器时，a l e 信号的负跳变将p 01 5 1 上的低 a l e 8 位地址送入锁存器。在非访问外部存储器期间，a l e 输出1 6 的振荡频率， 可以当作外部时钟或定时，注意每次访问外部数据一个a l e 脉冲将被忽略 l r s t 复位信号输入端。该引脚输入脉宽2 个以上机器周期的高电平时复位单片机 x t a l 】接外部晶振或外部时钟的输入端 x t a l 2 接外部晶振的输出端 坝士毕业论文u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 v 。电路低电平 v d d 供应电源：45 v 5 5 v p o 口：p 0 口是开漏双向口。可以写l 用作高阻抗悬浮。也可以作多路转换， p 00 p 0 7 在访问外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数据总 线。当送l ，通过内部强上拉 p 1 口：p 1 口是带内部上拉的双向i o 口。向p 1 口写1 时，被内部上拉为高电 平。并且可以用作输入口。当作为输入脚时，p 1 口管脚被外部拉低因为外部 p l0 p l ，7 上拉而产生电流。p 1 口的第二功能： t 2 ( p | o ) ：定时器计数器2 的外部输a 时钟输出 t 2 e x ( p i 1 ) ：定时器计数器2 重装载脯捉方向控制 p 2 口是带内部上拉的双向i o 口。向p 2 口写1 时，被内部上拉为高电平。并 且可以用作输入口。当作为输入脚时，p 2 口管脚被外部拉低。因为外部上拉而 p 2 0 一p 2 7 产生电流。在访问外部程序存储器或外部数据存储器时作为1 6 位地址的高字 节 p 3 0 ，p 3 ，7p 3 口是带内部上拉的双向i o 口，向p 3 口写1 时，被内部上拉为高电平，并 且可毗用作输入口。当作为输入脚时，p 3 口管脚被外部拉低，因为外部上拉而 产生电流。p 3 口还提供特殊功能： r x d ( p 3 ，0 ) ：串行输入口 t x d ( p 31 ) ：串行输出口 i n t 0 ( p 3 2 ) ：外部中断0 i n t l ( p 3 3 ) ：外部中断l t 0 ( p 3 4 ) ：定时器0 外部输入 t i ( p 3 5 ) ：定时器1 外部输入 w r ( p 3 ，6 ) ：外部数据存储器写信号 r d ( p 3 7 ) ：外部数据存储器读信号 本设计中w 7 8 e 5 4 b 的晶振是2 4 m h z ，定时器2 用作串口发送和接收的波特率发 生器，工作在模式l ，其波特率公式如下： 模式l 的波特率= 振荡器频率 3 2 * 6 5 5 3 6 ( r c a p 2 h ，r c a p 2 l ) 1 1 由以上公式得：r c a p 2 h = f f h ，r c a p 2 l = f 3 h ，波特率为9 6 0 0 b p s 。 w 7 8 e 5 4 b 的p 0 口用于数据地址复用；p 1 口的低四位连接四个指示灯，用于指 示u s b 接口的状态，高四位末用；p 2 口用于访问外部存储器的1 6 位地址的高字节。 p 3 口应用的是其变异功能，p 3 4 是s l s l l h s 的片选信号。其管脚连接如图3 2 3 1 1 。 硕士毕业论文u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 砩d罩h 图3 2 3 1 1 微控制器w 7 8 e 5 4 b 的管脚连接原理图 3 2 3 2u s b 主机控制器s l 8 1 1 h s 1 s l 8 1 1 h s 控制器的结构方框图 s l 8 1 1 h s ( e m b e d d e du s bh o s t s l a v ec o n t r o l l e r ) 是c y p r e s s 公司生产的一款 u s 8 1 1 芯片。图3 2 3 2 1 是s l 8 1 i h s 控制器的结构方框图。 d + d - 图3 2 3 2 1s l 8 1 1 h s 控制器的结构方框图 2 s l 8 11 h s 控制器的特性 由软件控制，可工作在主、从两种模式下 完全符合通用串行总线u s b l 1 规范： 0 硕l 毕业论文u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 在主、从模式下，支持低速1 5m b p s ，全速1 2m b p s ； 采用标准的微处理器总线接口； 自动检测低速、全速设备； 8 位双向数据接口( 在从模式下支持d m a 方式) ； 片内置串行接口引擎和u s b 收发器； 片内置根集线器； 2 5 6 字节片内s r a m 缓冲区，支持p i n g p o n g 操作； 集成d p l l ，可工作在1 2 一m h z 或4 8 一m h z 晶体振荡器下： 核心电压为3 3 伏，接口电平是3 3 、5 伏兼容； 支持挂起恢复、唤醒、低电压工作模式( 可用于o t g ) 自动产生s o f 和c r c 5 1 6 ： 地址自动累加； 有p l c c 和t q f p 两种封装。 3 s l 8 1 1 h s 控制器的管脚信息 我们用的是s l 8 1 i h s4 8 一p i nt q f p 的封装， 3 3v d c 电源，4 8 m h z 的晶体振荡 器或时钟，表3 2 3 2 1 是其管脚的分配和定义。 表3 2 3 2 1 s l 8 1i h s 管脚分配和定义 管脚号管脚类型管脚名称管脚描述 1n cn c空 2n cn c空 3i nn w r写信号输入端，低电平有效 4i nn c s片选信号输入端低电平有效 5i nc m时钟模式选择，“0 ”：选择4 倍时钟，“1 ”：不选择 6v d d i+ 3 3v d cu s b 收发器的电源 7b i d i rd a t a +u s b 差分信号的d + 连接 8b i d i rd a r a d s b 差分信号的d 连接 9g n du s bg n du s b 的地 1 0n cn c空 1 1n cn c空 1 2n cn c空 1 3n cn c空 1 4n cn c空 1 5v d d+ 3 3v d cs l 8 1 i h s 设备电源 1 6i nc l k x i1 2 - 4 8 - m h z 时钟或外部时钟x 1 连接端 1 7o u t x 2外部时钟x 2 连接端 1 8i nn r s ts l 8 1 i h s 设备复位信号输入端，低电平有效 1 9o u ti n t r q中断请求信号输出端高电平有效 u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 f 2 0g n dg n ds l 8 1 i h s 设各地 i2 1b i d i rd o 数据地址复用的第0 位 2 2n cn c 空 2 3n cn c空 2 4n cn c 空 2 5n c n c空 2 6n cn c空 2 7b i d i rd l 数据地址复用的第1 位 2 8b i d i rd 2数据地址复用的第2 位 2 9b i d i rd 3数据地址复用的第3 位 3 0g n dg n ds l 8 1 i h s 设备地 3 1b i d i rd 4数据地址复用的第4 位 j3 2b i d i rd 5 数据地址复用的第5 位 l 3 3b i d i rd 6数据地址复用的第6 位 3 4n cn c空 3 5n cn c空 3 6n cn c空 3 7n cn c 空 3 8n cn c空 3 9b i d i rd 7数据地址复用的第7 位 4 0i nm s主从模式选择端，0 是主模式，“1 ”是从模式 4 1v d d+ 3 3v d cs l 8 1 i h s 设备电源 4 2i na 0a 0 ：“0 ”，写地址，选择读写的数据缓冲区或寄存器 4 3i nn d a c kd m a 应答，在从模式下工作，在主模式下该管脚置高 4 4o u tn d r qd m a 请求，在从模式下工作，在主模式下该管脚悬空 4 5i nn r d 读信号输入端，低电平有效 4 6n cn c空 4 7n cn c空 4 8n cn c空 4 s l 8 1 i h s 控制器的功能描述 数据端口，微处理器接口 这款s l 8 l i h s 芯片的微处理器接口提供一个8 位的双向通道，和一些控制线， 可与外部的处理器或控制器连接。控制线有片选、读写、地址控制线a 0 。外部处理 器可通过微处理器接口，到达该芯片内部的缓冲区读写数据，分两个步骤，先将a 0 置0 ，通过8 位数据地址复用线进行写地址；再将a o 置1 ，通过8 位数据地址复用 线向缓冲区内读写数据。另外在读，写时序之前，必须先选通n c s ，这样读写才能有 效。 - 中断控制器 u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 s l 8 1 1 h s 的中端控制器提供了一个中断输出信号，该信号可由一一系列u s b 事件 触发。并且用户可通过控制寄存器选择单个或多个事件组成触发事件，通过状态寄存 器识别中断事件。中断状态可通过写寄存器清除。 缓冲区 s l 8 11 h s 有2 5 6 字节的缓冲存储区。开始的1 6 个字节是为了程序控制i o 操作 的控制和状态寄存器，余下的全部作为数据缓冲区。可通过外部微处理器的8 位数据 总线建立通向寄存器和数据缓冲区的通道，寻址方式采用索引的方法，当a o 为低电 平时地址信号先写入器件，接下来当a o 为高电平时就直接指向该地址，这时u s b 收发器可自动引导缓冲区。 自动地址累加模式 s l 8 1i h s 支持在读写循环中的地址自动累加模式。在索引的寻址方法中，地址 只需要设置一次，在任何读写数据序列中，内部的地址指针将自动累加，指向下一 个数据。 p l l 时钟发生器 s l 8 li h s 可用一个1 2 m h z 或4 8 m h z 的外部晶体振荡器。本项目中使用一个 4 8 m h z 的时钟源，直接与x 1 连接，x 2 不连。 u s b 收发器 s l 8 1 1 h s 的内置收发器完全符合u s b l 1 协议。该收发器能以u s b 全速( 1 2 m b i t s ) 或低速( 1 5 m b i t s ) 进行传送或接收数据。其接收部分是由一个差分接收器和两个单 端接收器组成，内部与串行接口引擎相连接，外部与u s b 的物理层相连接。 5 s l 8 1 1 h s 控制器的寄存器 s l 8 1 1 h s 是由1 6 个内部寄存器来进行控制的。这些寄存器是由一部分内部r a m 构成，可通过微处理器接口进行读写。它们提供了u s b 传输中控制和状态信息、微 处理器接口和中断信息。表3 2 3 2 2 是基于u s bh o s t 模式对s l 8 11 h s 寄存器进行简 单的介绍。 s l 8 11 h s 的寄存器可分为两类，一类用作u s b 控制寄存器，使能并提供u s b 传输事务的控制和状态：另一类用于提供其它操作的控制和状态。 下面的寄存器的上电和复位值为零： u s b a u s b bh o s tc o n t r o lr e g i s t e r 【o o h ，0 8 h 的第0 位 c o n t r o lr e g i s t e rl 0 5 h 】 u s ba d d r e s sr e g i s t e r 0 7 h c u r r e n td a t as e t h a r d w a r er e v i s i o n s o fc o u n t e rl o w r e g i s t e r 0 e h 】 其它寄存器上电和复位后的值是不定的，所以必须在固件中进行初始化。 硕士毕业论文u s b 通信接口在汽车行驶记录仪中的应用 表3 2 3 2 2s l 8 11 h s 寄存器 s l 8 l1 h s 寄存器名称地址说明 该寄存器被用来控制数据传输、设置数据传输方向、 u s b ah o s tc o n t r o lr e g i s t e ro x 0 0 控制发送中断信号、设置数据传输交替位等 u s b ah o s tb a s ea d d r e s s0 x 0 1设置u s b 读写数据缓冲区的起始地址 。u s b - ah o s t b a s el e n - g t ho x 0 2u s b 传输数据包的长度 u s b ah o s tp i d ，d e v i c e当对该寄存器读的时候，提供传输状态和最后一个传 e n d p o i n t( w r i t e ) u s b s t a t u s0 x 0 3输包的状态信息：当对该寄存器写的时候，向u s b 串 ( r e a d )行接引擎提供下一笔事务的p i d 和端点信息 u s b ah o s td e v i c ea d d r e s s 当对该寄存器读的时候，该寄存器表示的是剩余数据 0 x 0 4的字节数：当对该寄存器写的时候，该寄存器表示的 ( w r i t e ) t r a n s f e rc o u n t ( r e a d ) 是将要与之通信的设备地址 c o n t r o lr e g i s t e r1o x 0 5使能相关的数据传输操作 i n t e r r u p te n a b l er e g i s t e r 0 x 0 6中断使能寄存器 r e s e r v e dr e g i s t e ro x 0 7保留 该寄存器被用来控制数据传输、设置数据传输方向、 u s b bh o s tc o n t r o lr e g i s t e r 0 x 0 8 控制发送中断信号、设置数据传输交替位等 u s b bh o s tb 8 s ea d d r e s so x 0 9设置u s b 读写数据缓冲区的起始地址 u s b bh o s tb a s el e n 【g t h0 x 0 au s b 传输数据包的长度 u s b bh o s tp i d ，d e v i c e当对该寄存器读的时候，提供传输状态和最后一个传 e n d p o i n t( w r i t e ) u s b s t a t u s o x o b输包的状态信息：当对该寄存器写的时候，向u s 3 串 ( r e a d ) 行接引擎提供下一笔事务的p i d 和端点信息 当对该寄存器读的时候，该寄存器表示的是剩余数据 u s b ，bh o s td e v i c ea d d r e s s 0 x 0 c的字节数；当对该寄存器写的时候，该寄存器表示的 ( w r i t e ) t r a n s f e rc o u n t ( r e a d ) 是将要与之通信的设各地址 s t a t u sr e g i s t e r0 x 0 d中断状态寄存器 当对该寄存器读的